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फाइबर अनिलिनैरिटी क्या है?
फाइबर nonlinearity Kerr प्रभाव से उत्पन्न होता है: सिलिका ग्लास का अपवर्तक सूचकांक थोड़ा इसके माध्यम से गुजरने वाले प्रकाश की तीव्रता के साथ बदलता है। घने तरंग दैर्ध्य-डिविज़न मल्टीप्लेक्सिंग (DWDM) नेटवर्क में, जहां दर्जनों या सैकड़ों ऑप्टिकल चैनल एक एकल फाइबर साझा करते हैं, संयुक्त ऑप्टिकल शक्ति आसानी से गैर-linear सीमा से अधिक हो सकती है। यह तीव्रता निर्भर अपवर्तक सूचकांक तीन प्रमुख प्रभावों को जन्म देता है: आत्म-चरण मॉड्यूलेशन (SPM), क्रॉस-चरण मॉड्यूलेशन (XPM), और चार-लहर मिश्रण (FWM)।
- ]स्वयं चरण मॉडुलन (SPM): एक एकल चैनल अपने स्वयं के पल्स की तीव्रता के माध्यम से अपने स्वयं के चरण को संशोधित करता है। SPM पल्स स्पेक्ट्रम को व्यापक रूप से बढ़ाता है और जब क्रोमेटिक फैलाव के साथ संयुक्त होता है, तो समय जंतु और पल्स विरूपण की ओर जाता है।
- Cross-phase modulation (XPM):] एक चैनल की तीव्रता पड़ोसी चैनलों के चरण को संशोधित करती है। घने ग्रिड में, XPM ने सहसंबंधित चरण शोर को पेश किया जो दालों के आगमन के समय को तोड़ देता है, एसएनआर को घटा देता है।
- Four-wave मिश्रण (FWM):] जब तीन ऑप्टिकल आवृत्तियों का आदान-प्रदान होता है, तो वे तीसरे क्रम के गैर-रेखा के अतिसंवेदनशीलता के माध्यम से एक चौथा आवृत्ति उत्पन्न करते हैं। FWM शानदार स्वर बनाता है जो सीधे चैनल आवृत्तियों पर गिर जाता है, जो बैंड क्रॉसटॉक के रूप में कार्य करता है और प्रयोग करने योग्य चैनलों की संख्या को गंभीर रूप से सीमित करता है।
जबकि SPM और XPM मुख्य रूप से चरण आधारित हानि हैं, FWM एक शक्ति हस्तांतरण प्रभाव है। सभी तीन प्रमुख हो जाते हैं जब प्रति चैनल शक्ति मानक एकल मोड फाइबर (SSMF) में 0 dBm से अधिक हो जाती है और जब चैनल स्पेसिंग 50 GHz से कम हो जाती है। यह समझना कि कौन से प्रभाव सही शमन रणनीति का चयन करने की कुंजी है।
रिसीवर सिग्नल गुणवत्ता पर प्रभाव
फाइबर गैर-रेखीयता कई मायनों में प्रेषित बिट्स को ठीक करने की रिसीवर की क्षमता को कम करती है। नेटवर्क इंजीनियर्स मीट्रिक पर भरोसा करते हैं जैसे Q-factor, बिट त्रुटि दर (BER)), और इस गिरावट को मापने के लिए नेत्र खोलने का दंड।
सिग्नल विरूपण और आई क्लोजर
ऑप्टिकल नेत्र आरेख में, गैर-लिनियर प्रभाव "आंख" का कारण बनता है - ऊपरी और निचले तर्क स्तरों के बीच खुला स्थान - बंद करने के लिए। SPM सिग्नल स्पेक्ट्रम को व्यापक रूप से बढ़ाता है, जो फाइबर फैलाव के साथ मिलकर पल्स ऊर्जा को आसन्न बिट स्लॉट्स (इंटरसिम्बोल हस्तक्षेप) में फैलता है। XPM एक समय-समय पर चरण बदलाव को प्रेरित करता है जो प्रत्यक्ष पता लगाने के बाद उभरते और गिरने वाले किनारों पर आयाम शोर बनाता है। परिणाम एक छोटा ऊर्ध्वाधर आंख खोलने और बढ़ी हुई समय झिलमिलाहट है, जिससे निर्णय सर्किट को त्रुटियों के लिए अधिक खतरा होता है।
क्रॉस-टॉक और शोर
FWM नए आवृत्तियों को उत्पन्न करता है जो मौजूदा चैनलों के साथ ओवरलैप करते हैं। 50-GHz स्पेसिंग के साथ 100-चैनल DWDM प्रणाली में, हजारों FWM उत्पाद उत्पन्न होते हैं; कई चैनल केंद्रों पर बिल्कुल गिरते हैं, जो कि निश्चित रूप से क्रॉसटॉक के रूप में कार्य करते हैं। इसी तरह, XPM एक चैनल के तीव्रता वाले शोर को दूसरे चरण में स्थानांतरित करता है, जो फैलाव के माध्यम से आयाम शोर में परिवर्तित होने पर ऑप्टिकल सिग्नल को कम करता है, जिससे अनुपात (OSNR) की घोषणा होती है। ये प्रभाव लंबे समय तक चलने वाले लिंक में विशेष रूप से हानिकारक होते हैं जहां एम्पलीफायर अपने स्वयं के ASE शोर को जोड़ते हैं, जिससे कुल शोर अधिक हो जाता है।
बिट त्रुटि दर और क्यू-फैक्टर
विरूपण, क्रॉसटॉक और अतिरिक्त शोर का संयुक्त प्रभाव सीधे बिट त्रुटि दर को बढ़ा देता है। क्यू-फैक्टर, जो शोर मानक विचलन के लिए आंखों के उद्घाटन से संबंधित है, ठेठ घने नेटवर्क में गैर-रैखिकता के कारण 2-6 डीबी तक गिर जाता है। क्यू-फैक्टर में 1 डीबी ड्रॉप मोटे तौर पर बीईआर में दस गुना वृद्धि के अनुरूप होता है। सिस्टम 10 ]] के पूर्व-FEC BER को लक्षित करने के लिए, ] (आधुनिक नरम-विरोध के आगे त्रुटि सुधार के साथ आम), कोई अतिरिक्त गैर-रैखिक जुर्माना लिंक मार्जिन को कम करता है और अधिकतम पहुंच को कम करता है।
डेंस नेटवर्क के लिए शमन रणनीतियां
कोई भी तकनीक पूरी तरह से फाइबर गैर-रेखीयता को समाप्त नहीं करती है। प्रभावी शमन भौतिक परत प्रबंधन, उन्नत मॉडुलन और डिजिटल प्रसंस्करण को जोड़ती है। नीचे उत्पादन नेटवर्क में इस्तेमाल होने वाले सबसे व्यावहारिक दृष्टिकोण हैं।
पावर मैनेजमेंट और लॉन्च की स्थिति
सरल रणनीति: प्रति चैनल लॉन्च की गई शक्ति को कम करें। क्योंकि तीव्रता के साथ गैर-रैखिक प्रभाव पैमाने, 2 डीबी द्वारा शक्ति को कम करने से एसपीएम और एक्सपीएम जुर्माना को रोक सकता है। हालांकि, यह ओएसएनआर को भी कम कर देता है, इसलिए इंजीनियरों को ]]] ] को ढूंढना चाहिए जो एम्पलीफायर शोर के खिलाफ गैर-रैखिकता को संतुलित करता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य ऑप्टिकल ऐड-ड्रॉप मल्टीप्लेक्सर (ROADM) में इंटेलिजेंट पावर-समतुलन एल्गोरिदम गतिशील ट्रैफिक लोड पर इस संतुलन को बनाए रख सकते हैं।
फैलाव प्रबंधन
फैलाव और गैर-रेखीयता दृढ़ता से बातचीत करते हैं। फैलाव मानचित्र को सावधानीपूर्वक डिजाइन करके ( सकारात्मक और नकारात्मक फैलाव फाइबर या फैलाव-compensating मॉड्यूल के वैकल्पिक स्पैनों का उपयोग करके), चैनलों के बीच चरण में कमी बढ़ी है, एफडब्ल्यूएम को दबाना। आधुनिक नेटवर्क अक्सर ] को तैनात करते हैं बड़े प्रभावी-क्षेत्र फाइबर (LEAF) या ]] गैर-zero फैलाव-shifted फाइबर [[FLT: 3]] (NZDSF) कोर में तीव्रता को कम करने और फैलाव ढलान को संशोधित करने के लिए, आगे गैर-रेखाने उत्पाद पीढ़ी को कम करने के लिए।
उन्नत मॉड्यूलेशन प्रारूप
सुसंगत पहचान उन्नत प्रारूपों जैसे ] के साथ संयुक्त है दोहरी ध्रुवीकरण चौखटा चरण-शिफ्ट कुंजीिंग (DP-QPSK) या 16-QAM]] गैर-रैखिक चरण शोर के खिलाफ लचीलापन प्रदान करता है। ये प्रारूप चरण और ध्रुवीकरण में जानकारी को एन्कोड करते हैं, जो रिसीवर को कुछ गैर-रेखीय हानियों के लिए अलग और क्षतिपूर्ति करने की अनुमति देता है। निचले शिखर-सेवरेज बिजली अनुपात (जैसे, प्रोबिलिटी रूप से आकार का नक्षत्र) के साथ प्रारूप भी SPMun से कम हो सकता है।
डिजिटल गैर-रेखीय मुआवजा
सुसंगत रिसीवर के डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर में, एल्गोरिदम जैसे ] बैक-प्रोपागेशन रिवर्स में गैर-रैखिक Schrödinger समीकरण को हल करते हैं, प्रभावी ढंग से SPM और XPM को हटाते हैं। हाल के मशीन-लर्निंग-आधारित दृष्टिकोण (जैसे, गैर-रैखिकता-लवेयर समतुल्यकारक) चैनल के गैर-रेखीय हस्तांतरण समारोह को सीखते हैं और वास्तविक समय में मुआवजा लागू करते हैं। हालांकि, तुलनात्मक रूप से महंगा, ये विधि Q-factor के 2-4 डीबी को ठीक कर सकती हैं, सीधे पहुंच या बढ़ती क्षमता को बढ़ा सकती है।
नेटवर्क डिजाइन विचार
Dense नेटवर्क सावधानीपूर्वक योजना से लाभ: बड़े प्रभावी क्षेत्र के साथ फाइबर का उपयोग करके, ट्रांसमीटर पर amplification से बचने और फैलाव मानचित्रों को रोजगार देने के लिए जो स्थानीय पल्स चिर्प को कम रखते हैं। सॉफ्टवेयर-परिभाषित नेटवर्किंग (SDN) नियंत्रक गतिशील रूप से मॉडुलन प्रारूप, शक्ति और रूटिंग को समायोजित कर सकते हैं ताकि चोटी यातायात के दौरान गैर-लाइनर "हॉट स्पॉट" से बचने के लिए।
Ahead: भविष्य की डेंस नेटवर्क में नॉनलाइनरिटी
चूंकि उद्योग प्रति चैनल 1.6 Tb / s की ओर आगे बढ़ता है, फाइबर गैर-रैखिकता लंबे समय तक चलने वाले लिंक में प्रमुख क्षमता की सीमा बनी हुई है। Fw-mode फाइबर और ]multi-core फाइबर ]] में अनुसंधान प्रति कोर शक्ति को बढ़ाने के बिना क्षमता को गुणा करने की उम्मीद है, लेकिन ये नए फाइबर अंतर मोड और अंतर-कोर गैर-रेखीय क्रॉस-टॉक पेश करते हैं। इसी तरह, nonlinear Fourier change (NFTar आधारित ट्रांसमिशन के लिए गैर-संपत्ति को संशोधित करने वाली तकनीक पर निर्भर करता है।
निष्कर्ष
फाइबर गैर-रेखीयता एक महत्वपूर्ण कारक है जो रिसीवर को घनी ऑप्टिकल नेटवर्क में सिग्नल की गुणवत्ता को सीमित करता है। स्व-चरण मॉडुलन, क्रॉस-चरण मॉडुलन और चार-तरंग मिश्रण विरूपण पल्स, क्रॉसटॉक बनाते हैं, और त्रुटि दरों को बढ़ाते हैं। सावधानीपूर्वक बिजली प्रबंधन, उन्नत फाइबर डिजाइन, मजबूत मॉड्यूलेशन प्रारूपों और डिजिटल मुआवजा के माध्यम से, इंजीनियर विश्वसनीय, उच्च क्षमता वाले लिंक बनाने के लिए इन हानियों को दूर कर सकते हैं। आधुनिक दूरसंचार की रीढ़ की हड्डी को डिजाइन या अनुकूलित करने के लिए गैर-रेखीयता को समझना और प्रबंधित करना आवश्यक है।
आगे पढ़ने के लिए, पता लगाने प्रकाशिकी में केर प्रभाव , RP Photonics encyclopedia प्रवेश चार-तरंग मिश्रण ] पर, और Optics & Photonics समाचार - फाइबर संचार में Nonlinearity]].